电力电缆故障检测定位原理的分析与研究

电力电缆故障检测定位原理的分析与研究

【摘 要】随着社会的飞速发展，保障线路的安全运行，快速、准确的实现电力线路故障检测与定位，具有显著的经济效益与社会效益。为了准确定位电力电缆的故障，保障电缆线路的安全，本文对电力电缆故障检测定位原理进行了分析与研究，并找出了电缆故障时所呈现出异样的参数，为故障检测提供了理论基础。 【关键词】电力电缆；故障检测；检测定位

电力电缆故障测距近年来是我国的热门研究课题。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电缆的需求也将迅速增长，电力电缆网络结构日益复杂，使用范围越来越广，电缆故障越来越多，电缆线路事故对社会造成的影响将越来越大。因此，保障电缆线路的安全运行尤为重要。准确地确定线路故障的位置是从技术上提高电网安全可靠运行的重要手段。如何快速、准确的实现电力线路故障的检测与准确定位，能够缩短故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失，是一项具有重大技术经济意义的课题，已成为国内外电力科研部门密切关注的研究课题。 1.电缆故障原因

为了更好的理解电力电缆的故障原因，我们必须先了解电力电缆的基本结构，一般电缆主要由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。

（1）线芯。线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电

力电缆的主要部分。

（2）绝缘层。绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。

（3）屏蔽层。10kv及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。

（4）保护层。保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。

诸多的层次保护屏蔽，都是为保证电力电缆的正常运输电能，而这些保护屏蔽层的损坏同时也会造成电缆故障。电力电缆故障的原因是多方面的，大致可分为以下几种：

电力电缆故障的原因是多方面的，大致可分为以下几种： （1）机械损伤。机械损伤引起的电缆故障占电缆故障事故的比例较大。例如在安装过程中，不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆或电缆过度弯曲而损伤电缆，经过长时间运行后就有可能发展成故障。

（2）电缆绝缘的破坏。电缆绝缘的破坏是故障产生的主要原因，特别是塑料绝缘电力电缆，绝缘在长期电场的作用下，就会发生树枝化放电，使绝缘降解破坏，造成贯穿击穿。由于绝缘层的介质损耗，可能造成电缆过热，进而加速了绝缘层老化。电缆过负荷或散热不良，安装于电缆密集区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆，穿在干燥管中的电缆以及与热力管道接近的电缆，都会因过热

而使绝缘加速老化。电缆密封不严，绝缘层进入水分而受潮，使电缆绝缘性能下降，甚至造成树枝状放电或直接贯穿性击穿，导致电缆出现故障。另外，在大气过电压和电力系统内部过电压的作用下，使电缆绝缘层击穿，形成故障，这种情形下击穿点一般是由于存在材料缺陷。

（3）护层的腐蚀。由于地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，使电缆铅包外皮受到腐蚀出现麻点、开裂或穿孔，致使水分进入电缆也可以造成故障。

（4）拙劣的施工使电缆接头处理不恰当，不按技术规范敷设电缆，是形成电缆故障的重要原因。 2.电力电缆故障的种类

电力电缆的故障按其结构特性可分为：接地故障、相间故障、开路故障和混合性故障；按电缆物理特性可分为：导体故障（开路故障）和绝缘故障；按故障的类别可分为：单相故障、两相故障和三相故障等；按故障性质分，主要有低阻故障和高阻故障。下面介绍几种常见故障类型。

（1）单相接地故障。电缆中的一相对地绝缘层电导特性变坏，形成泄漏性故障，即此相对地绝缘层形成了固定的电阻通道，其电阻值或大或小或为零。这种故障其电缆导体是良好的。

（2）相间故障。电缆中的两相间或三（四）相间绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄漏性或闪络性故障。这种故障情况其电缆导体芯线和相对地绝缘是良好的。

（3）相间并对地故障。电缆的两相之间并对地或三相之间并对地形成泄漏性或闪络性故障。

（4）导体故障。电缆中的金属导体所出现的故障，这里主要指芯线导体（如铜线、铝线）和金属屏蔽层故障。在实际中有两种情况，即断线故障和似断非断故障。

（5）绝缘故障。电力电缆绝缘层损伤一般会出现两种故障：泄漏性故障和闪络性故障。电缆绝缘的好坏是影响电缆安全可靠运行的关键因素。为了保证电缆安全稳定的运行，就有必要对电缆绝缘进行诊断，对电缆绝缘缺陷做到及早发现及早应对。 3.电力电缆故障的检测原理

实际三相线路是一个复杂的电磁耦合系统，导线和大地之间在交变磁场的作用下具有集肤效应，线路参数随电流频率而变化，成为频率相关参数，尤其是线路电阻和电感，受频率影响较大。这样线路在各个不同频率上就会呈现出不同的传输特性，将会直接影响到行波的传播。所以要分析行波在输电线路上的传播规律，首先要分析电力线路的频率特性。

通常利用叠加原理分析电力线路发生故障时的行波过程。依据叠加原理，故障点的电压相当于故障前电压及与其大小相等、方向相反的附加电压之和。在此附加电压源的作用下，就会产生由故障点向线路两端以接近光速传播的行波浪涌，如图2.1。

一般情况下实际的电力线路是分布参数回路的，电缆属于电力线路的一种，有着相同的线路传输特性。电力线路参数由许多沿线

路均匀分布的电阻、电感及导线和大地间分布电容、电导元件相互连接组成的，如图2。

对于长距离电力线路，当线长与波长可比拟或超过波长时，我们必须计及其波动性。电力线路上的行波现象可以用建立在分布参数线路模型基础上的传输线方程既电报方程来描述[38]。与此同时，由于导体和大地在交变电磁场作用下的集肤效应，电力线路的电阻和电感随电流频率而变化，成为频变参数。此时，线路对于各个不同频率分量呈现出不同的传输特性，将会影响电磁暂态过程。其频域形式可以表示为：

其中针对每一频率，上式总是成立的。

电力线路上任意点的电压与电流均包含正向和反向两部分行波分量，其频域形式为：

式（2.2）中，和表示沿正方向传播的电压、电流行波，和为沿反向电压、电流行波，并且同方向电压电流行波之间，满足关系： 式（3）中为波阻抗，其大小只决定于线路单位长度的电感和电容。当线路发生故障时，由上述公式就可以计算线路故障暂态行波分量。 4.结论

一般情况下，当信号发生故障时，特别是在突变点或间断点位置会产生很大的波动幅值，频率也随之增大。通过上述分析，找出了电缆故障时其暂态行波分量的分析方法。在以后的故障检测方法中，可以以故障点展现出来的行波分量来检测故障，并最终通过行

波特性实现故障定位。 参考文献：

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